CN107164214A - 一种微生物菌毒种保藏柜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微生物菌毒种保藏柜，所述保藏柜包括人脸识别系统、门禁系统、试管保存底座、试管监控系统和通信接口，人脸识别系统和试管监控系统通过通信接口和上位机交互；所述人脸识别系统包括两个人脸图像采集装置，以同时识别开启保藏柜的两个人，识别成功后通知门禁系统开启保藏柜；所述试管监控系统基于试管保存底座上的感应器、指示灯和RFID阅读区来监控插入的具有RFID标签的试管，并根据预设的试管取用条件判断使用者是否可取用该试管。本发明的保藏柜在双人双锁的原则上，通过人脸识别和试管监控，使得保藏柜根据安全可靠。
Description
【技术领域】
本发明属于微生物保管和安全领域，尤其涉及一种微生物菌毒种保藏柜。
【背景技术】
微生物菌(毒)种是国家重要的生物资源和战略资源,与生物安全、人类健康、环境保护等密切相关。医学病原微生物是微生物学的重要组成部分,是能够引起人类各种疾病的致病性微生物。在实验室生物安全日益得到广泛关注的形势下,病原微生物菌(毒)种作为实验室生物安全管理工作的核心内容,做好保藏管理尤为重要。在疾病预防控制、医学研究、微生物检验、教学等工作中经常使用菌(毒)种。菌(毒)种是一种重要的生物资源。按照国家有关规定，需要对菌(毒)种进行严格管理，特备是高致病性病原微生物需要双人双锁管理。加强菌(毒)种的保藏不仅有利于开眼研究和实验工作,而且也是确保菌毒种安全的前提条件。菌毒种有着极大的研究价值和开发利用的潜力，但一旦被窃取、遗失、偷盗，或被恶意使用，也会造成社会恐慌，甚至造成传染病的流行，发生重大实验室生物安全事故。因此,菌(毒)种的保藏工作至关重要。菌(毒)种保藏和管理是微生物工作者普遍关注的问题，目前的菌毒种保藏柜往往只注重菌毒种的冷藏和管理使用，而较少考虑安全防范等功能，导致一些机构购买了安全柜后还要再通过上铁链等方法以满足双人双锁等要求，有的通过登记记录本来完成菌毒种领用的登记工作，不能确保菌毒种的安全。。
【发明内容】
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种带有人脸识别监控与管理系统的菌毒种保藏柜，可以在高等级生物安全实验室内使用，或用于高致病性病原微生物的保藏，以避免菌毒种丢失对人员或环境带来的生物安全危害。
本发明采用的技术方案具体如下：
一种微生物菌毒种保藏柜，所述保藏柜包括人脸识别系统、试管监控系统、门禁系统、试管保存底座和通信接口；
所述人脸识别系统包括设置在保藏柜柜门外侧的第一人脸图像采集装置和第二人脸图像采集装置，所述第一人脸采集装置用于采集使用者的人脸图像，所述第二人脸图像采集装置用于采集监督者的人脸图像；
所述人脸识别系统还包括存储器和人脸识别处理器，所述存储器用于存储人脸模板特征文件数据库，所述数据库存储了各使用者的人脸模板特征文件及相应的使用权限，以及各监督者的人脸模板特征文件及相应的监督权限；
所述人脸识别系统通过所述第一和第二人脸图像采集装置同时采集第一和第二人脸图像，所述人脸识别处理器基于所述数据库对所述人脸图像进行识别，当第一人脸图像匹配于一个使用者且第二人脸图像匹配于一个监督者时，所述人脸识别处理器通知所述门禁系统打开保藏柜柜门；
所述门禁系统用于控制保藏柜的电子锁，当门禁系统接收到上述处理器的通知时，控制该电子锁打开；
所述试管保存底座上具有多个可插入微生物菌毒种保存试管的插槽，每个插槽设置了可感应试管插入和取出的感应器，且上部边缘具有一个指示灯，底部设置了RFID阅读器，可读取试管底部设置的RFID标签，所述感应器、指示灯和RFID阅读器都连接到保藏柜中的试管监控系统；
所述试管监控系统包括试管监控数据库，所述试管监控数据库存储了保藏柜中每一个试管的相关信息，包括：RFID标签号、试管所在的插槽编号、试管中的具体内容、将该试管放入保藏柜的使用者和监督者、试管的取用条件；所述试管的取用条件由存放试管的使用者设置，并且所述试管监控系统在试管被取用时，检查该试管的取用条件是否得到满足；
所述人脸识别系统和试管监控系统通过所述通信接口连接到外部的上位机，以接受上位机的管理，并上传相关日志给所述上位机。
进一步地，所述人脸识别系统在门禁系统开启电子锁后，将识别出的使用者和监督者记录在数据库日志中，同时也发送给所述上位机，所述上位机也将接收到的使用者和监督者信息记录在上位机的日志中。
进一步地，使用者将试管放入保藏柜的过程如下：
(1)当使用者需要将试管放入保藏柜时，其将试管插入一个试管保存底座上的一个插槽中，插槽上的感应器在感应到试管的插入后，立即通知所述试管监控系统；
(2)所述试管监控系统通过插槽底部的RFID阅读器读取所述试管的RFID标签，获取标签号，然后将标签号通过通信接口发送给所述上位机；
(3)所述上位机显示该标签号，并由开启保藏柜的使用者或监督者在上位机上输入试管信息，包括：该试管中的具体内容、该试管的取用条件；所述上位机将该标签号、开启保藏柜的使用者、监督者以及上述输入信息发送给试管监控系统；
(4)所述试管监控系统将该试管的相关信息存储在试管监控数据库中；
(5)试管监控系统控制相应插槽上的指示灯发出绿光，表示该插槽中的试管保存过程已经完成。
进一步地，使用者从保藏柜中取出试管的过程如下：
(1)当使用者需要从保藏柜中取出一个试管时，其将试管从其插槽中拔出，插槽上的感应器在感应到试管被取出后，立即通知试管监控系统；
(2)所述试管监控系统基于插槽编号从试管监控数据库中获取该试管的相关信息，其中包括该试管的取用条件；
(3)所述试管监控系统向所述人脸识别系统发出请求，获取开启保藏柜的使用者及其使用权限、监督者及其监督权限；
(4)所述试管监控系统检查使用者和监督者是否满足该试管的取用条件，如果满足，试管监控系统控制所述插槽上的指示灯熄灭，表示允许取用该试管；如果不满足，试管监控系统控制所述插槽上的指示灯发出红光，表示不允许取用该试管，在指示灯发出红光n秒后，如果使用者没有将原试管插回该插槽，则试管监控系统发出报警，其中n为预设数值；
(5)所述试管监控系统将试管被取用的相关信息记录在试管监控数据库的日志中，并同时发送给上位机，由上位机保存在上位机的日志中。
进一步地，所述试管取用条件为要求以下公式成立，即R1+WR2≥T；
其中，T为该试管的基本权限，W为监督系数，T和W由试管的存放者设置；R1和R2分别是取出该试管时，使用者的使用权限和监督者的监督权限。
进一步地，所述上位机可用于修改人脸识别数据库，存入使用者和监督者的人脸模板特征文件，并设置相应的使用权限和监督权限。
进一步地，所述人脸识别系统将开启保藏柜的使用者和监督者信息通过短信通知的形式即时发送给管理员。
进一步地，所述试管监控系统将将试管被取用的相关信息通过短信通知的形式即时发送给管理员。
本发明的有益效果包括：本发明的保藏柜在双人双锁的原则上，通过人脸识别和试管监控，使得保藏柜更加安全可靠，管理设置更加灵活。
【附图说明】
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明保藏柜的逻辑结构图。
【具体实施方式】
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参见附图1，本发明的微生物菌毒种保藏柜包括人脸识别系统、门禁系统、试管保存底座、试管监控系统和通信接口。
所述人脸识别系统用于识别开启保藏柜的人员，根据病原微生物菌毒种需要双人双锁的原则，本发明的人脸识别系统包括两个独立的人脸图像采集装置。如附图1所示，包括第一人脸图像采集装置和第二人脸图像采集装置。两个人脸图像采集装置都设置于保藏柜柜门外侧，可以同时进行人脸图像采集。
本发明将开启保藏柜的人员分为两类：第一类是实际使用微生物菌毒种的使用者，第二类是监督使用者操作保藏柜的监督者。与此对应，所述第一人脸图像采集装置用于采集使用者的人脸图像，而所述第二人脸图像采集装置用于采集监督者的人脸图像。
所述人脸识别系统还包括保存有人脸识别数据库的存储器，以及用于人脸识别的处理器。
所述人脸识别数据库中保存有两张数据表：一张是使用者数据表，该使用者数据表中保存了各个使用者的人脸模板特征文件以及相应的使用权限；另一张是监督者数据表，该监督者数据表中保存了各个监督者的人脸模板特征文件以及相应的监督权限。
所述人脸识别系统可通过保藏柜上的通信接口连接到外部的一台上位机，从而可以与该上位机进行交互。管理员通过上位机，修改人脸识别系统中的人脸识别数据库，存入使用者和监督者的人脸模板特征文件，并设置相应的使用权限和监督权限。为了安全起见，对所述数据库的修改需要两个不同的管理员分别输入各自的管理员密码后才能进行。
基于上述结构，下面具体说明本发明保藏柜的开启过程：
当一个使用者需要开启保藏柜时，其首先需要寻找一名具有监督权限的监督者。在开启时，该使用者站在第一人脸图像采集装置前，同时监督者站在第二人脸图像采集装置前，两个人脸图像采集装置同时进行人脸图像采集。为了保证双人双锁的原则，本发明要求使用者和监督者必须同时进行人脸图像采集。
采集到的人脸数据被传输到用于人脸识别的处理器，所述处理器基于上述数据库中的使用者数据表来识别第一人脸图像采集装置采集到的第一人脸数据，基于监督者数据表来识别第二人脸图像采集装置采集到的第二人脸数据。通过上述识别，如果确认第二人脸数据匹配于一个使用者，并且第二人脸数据匹配于一个监督者，则所述处理器通知门禁系统打开保藏柜柜门。
所述人脸识别系统在门禁系统开启电子锁后，将识别出的使用者和监督者记录在数据库日志中，同时也发送给保藏柜连接的上位机，上位机也将接收到的使用者和监督者信息记录在上位机的日志中。两份日志同时保存，增强了安全性。另外，也可以将开启保藏柜的使用者和监督者信息通过短信通知的形式即时发送给管理员。
所述门禁系统用于控制保藏柜的电子锁，当门禁系统接收到上述处理器的通知时，控制该电子锁打开，从而使用者和监督者可以打开保藏柜柜门。
在保藏柜内部具有一个或多个试管保存底座，所述试管保存底座上具有多个可以插入微生物菌毒种保存试管的插槽。每个插槽都设置有一个感应器，该感应器可以感应所述保存试管的插入和取出。每个插槽上部边缘都具有一个指示灯，可以发出红光和绿光，以指示试管的不同状态。
为了识别试管，本发明采用RFID技术，在每个试管底部都贴有相应的RFID标签，标签中存储了标签号，该标签号具有唯一性，可以用于识别试管。同时在插槽底部设置了RFID阅读器，可以识别和读取RFID标签。
所述感应器、指示灯和RFID阅读器都连接到保藏柜中的试管监控系统，可以与该试管监控系统交互，并接受该试管监控系统的控制。由于每个插槽都预先设置了一个插槽编号，并且每个感应器、指示灯和RFID阅读器都是与插槽一一对应的，因此试管监控系统可基于插槽编号控制该插槽的感应器、指示灯和RFID阅读器。
所述试管监控系统也具有存储器，其中存储了一个试管监控数据库，所述试管监控数据库存储了保藏柜中每一个保存试管的相关信息。一个保存试管的相关信息包括：RFID标签号、试管所在的插槽编号、该保存试管中的具体内容、将该保存试管放入保藏柜的使用者和监督者、该保存试管的取用条件等信息。
所述试管监控系统也通过保藏柜上的通信接口连接到外部的上位机，从而可以与该上位机进行交互。
基于上述结构，下面详细说明试管监控系统的具体工作过程。
通常而言，使用者打开保藏柜有两种可能的目的，其一是将保存试管放入保藏柜，其二是从保藏柜中取出保存试管。
使用者将保存试管放入保藏柜的过程如下：
(1)当使用者需要将保存试管放入保藏柜时，其将保存试管插入一个保存底座上的一个插槽中，插槽上的感应器在感应到试管的插入后，立即通知所述试管监控系统。
(2)所述试管监控系统通过插槽底部的RFID阅读器读取所述保存试管的RFID标签，获取标签号，然后将标签号通过通信接口发送给所述上位机。
(3)所述上位机显示该标签号，并由开启保藏柜的使用者或监督者在上位机上输入保存试管的信息，包括：该保存试管中的具体内容、该保存试管的取用条件等。所述上位机将该标签号、开启保藏柜的使用者、监督者以及上述输入信息发送给试管监控系统。
(4)所述试管监控系统将该保存试管的相关信息存储在试管监控数据库中，以备后续使用。
(5)试管监控系统控制相应插槽上的指示灯发出绿光，表示该插槽中的试管保存过程已经完成，试管状态正常。
使用者从保藏柜中取出保存试管的过程如下：
(1)当使用者需要从保藏柜中取出一个试管时，其将试管从其插槽中拔出，插槽上的感应器在感应到试管被取出后，立即通知试管监控系统。
(2)所述试管监控系统基于插槽编号从试管监控数据库中获取该试管的相关信息，其中包括该试管的取用条件。
(3)所述试管监控系统向所述人脸识别系统发出请求，获取开启保藏柜的使用者及其使用权限、监督者及其监督权限。
(4)所述试管监控系统检查使用者和监督者是否满足该试管的取用条件，如果满足，试管监控系统控制所述插槽上的指示灯熄灭，表示允许取用该试管；如果不满足，试管监控系统控制所述插槽上的指示灯发出红光，表示不允许取用该试管，在指示灯发出红光n秒后(n为预设数值)，如果使用者没有将原试管插回该插槽，则试管监控系统发出报警。
(5)所述试管监控系统将试管被取用的相关信息(无论是否取用成功)记录在试管监控数据库的日志中，并同时发送给上位机，由上位机保存在上位机的日志中。也可以将试管被取用的相关信息通过短信通知的形式即时发送给管理员。
本发明的试管取用条件由试管的存放者设置，并在试管取用时根据该取用条件进行检查，具体的取用条件的设置可以非常灵活，可以简单地指定使用者的权限必须大于某个阈值，也可以直接指定只允许某个使用者和/或监督者取用。基于本发明的一个实施例，可以在使用者权限的基础，结合监督者权限来设置试管取用条件。
具体的，试管的存放者在设置试管取用条件时，需要设置该试管的基本权限T，以及监督系数W。所述试管取用条件要求以下公式成立，即：
R1+WR2≥T
其中，R1是取出该试管时，使用者的使用权限；R2是取出该试管时，监督者的监督权限。当使用者取用该试管时，试管监控系统获取使用者的使用权限R1，以及监督者的监督权限R2，并判断上述公式是否成立，如果成立，则认为满足试管取用条件。
举例而言，设置T为试管的基本权限，当某个学生需要使用该试管内的微生物菌毒种时，该学生自身的使用权限R1小于T，权限不足，无法取用该试管。但是该学生的老师作为其监督者，将其监督权限R2乘以监督系数W后，可以增加到该学生的使用权限上，以使其可以取用该试管。这样，学生就可以在老师的监督下进行相关实验。监督系数W的设置需要考虑具体的情况，如果该试管内的菌毒种对使用者的要求较高，就可以将W的值设的较小。
通过上述取用条件的设置，可以在双人双锁的基础上，形成灵活的试管权限控制，有效地增加安全性和灵活性。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (8)
1.一种微生物菌毒种保藏柜，其特征在于，所述保藏柜包括人脸识别系统、试管监控系统、门禁系统、试管保存底座和通信接口；
所述人脸识别系统包括设置在保藏柜柜门外侧的第一人脸图像采集装置和第二人脸图像采集装置，所述第一人脸采集装置用于采集使用者的人脸图像，所述第二人脸图像采集装置用于采集监督者的人脸图像；
所述人脸识别系统还包括存储器和人脸识别处理器，所述存储器用于存储人脸模板特征文件数据库，所述数据库存储了各使用者的人脸模板特征文件及相应的使用权限，以及各监督者的人脸模板特征文件及相应的监督权限；
所述人脸识别系统通过所述第一和第二人脸图像采集装置同时采集第一和第二人脸图像，所述人脸识别处理器基于所述数据库对所述人脸图像进行识别，当第一人脸图像匹配于一个使用者且第二人脸图像匹配于一个监督者时，所述人脸识别处理器通知所述门禁系统打开保藏柜柜门；
所述门禁系统用于控制保藏柜的电子锁，当门禁系统接收到上述处理器的通知时，控制该电子锁打开；
所述试管保存底座上具有多个可插入微生物菌毒种保存试管的插槽，每个插槽设置了可感应试管插入和取出的感应器，且上部边缘具有一个指示灯，底部设置了RFID阅读器，可读取试管底部设置的RFID标签，所述感应器、指示灯和RFID阅读器都连接到保藏柜中的试管监控系统；
所述试管监控系统包括试管监控数据库，所述试管监控数据库存储了保藏柜中每一个试管的相关信息，包括：RFID标签号、试管所在的插槽编号、试管中的具体内容、将该试管放入保藏柜的使用者和监督者、试管的取用条件；所述试管的取用条件由存放试管的使用者设置，并且所述试管监控系统在试管被取用时，检查该试管的取用条件是否得到满足；
所述人脸识别系统和试管监控系统通过所述通信接口连接到外部的上位机，以接受上位机的管理，并上传相关日志给所述上位机。
2.根据权利要求1所述的微生物菌毒种保藏柜，其特征在于，所述人脸识别系统在门禁系统开启电子锁后，将识别出的使用者和监督者记录在数据库日志中，同时也发送给所述上位机，所述上位机也将接收到的使用者和监督者信息记录在上位机的日志中。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的微生物菌毒种保藏柜，其特征在于，使用者将试管放入保藏柜的过程如下：
(1)当使用者需要将试管放入保藏柜时，其将试管插入一个试管保存底座上的一个插槽中，插槽上的感应器在感应到试管的插入后，立即通知所述试管监控系统；
(2)所述试管监控系统通过插槽底部的RFID阅读器读取所述试管的RFID标签，获取标签号，然后将标签号通过通信接口发送给所述上位机；
(3)所述上位机显示该标签号，并由开启保藏柜的使用者或监督者在上位机上输入试管信息，包括：该试管中的具体内容、该试管的取用条件；所述上位机将该标签号、开启保藏柜的使用者、监督者以及上述输入信息发送给试管监控系统；
(4)所述试管监控系统将该试管的相关信息存储在试管监控数据库中；
(5)试管监控系统控制相应插槽上的指示灯发出绿光，表示该插槽中的试管保存过程已经完成。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的微生物菌毒种保藏柜，其特征在于，使用者从保藏柜中取出试管的过程如下：
(1)当使用者需要从保藏柜中取出一个试管时，其将试管从其插槽中拔出，插槽上的感应器在感应到试管被取出后，立即通知试管监控系统；
(2)所述试管监控系统基于插槽编号从试管监控数据库中获取该试管的相关信息，其中包括该试管的取用条件；
(3)所述试管监控系统向所述人脸识别系统发出请求，获取开启保藏柜的使用者及其使用权限、监督者及其监督权限；
(4)所述试管监控系统检查使用者和监督者是否满足该试管的取用条件，如果满足，试管监控系统控制所述插槽上的指示灯熄灭，表示允许取用该试管；如果不满足，试管监控系统控制所述插槽上的指示灯发出红光，表示不允许取用该试管，在指示灯发出红光n秒后，如果使用者没有将原试管插回该插槽，则试管监控系统发出报警，其中n为预设数值；
(5)所述试管监控系统将试管被取用的相关信息记录在试管监控数据库的日志中，并同时发送给上位机，由上位机保存在上位机的日志中。
5.根据权利要求4所述的微生物菌毒种保藏柜，其特征在于，所述试管取用条件为要求以下公式成立，即R1+WR2≥T；
其中，T为该试管的基本权限，W为监督系数，T和W由试管的存放者设置；R1和R2分别是取出该试管时，使用者的使用权限和监督者的监督权限。
6.根据权利要求1所述的微生物菌毒种保藏柜，其特征在于，所述上位机可用于修改人脸识别数据库，存入使用者和监督者的人脸模板特征文件，并设置相应的使用权限和监督权限。
7.根据权利要求1所述的微生物菌毒种保藏柜，其特征在于，所述人脸识别系统将开启保藏柜的使用者和监督者信息通过短信通知的形式即时发送给管理员。
8.根据权利要求1所述的微生物菌毒种保藏柜，其特征在于，所述试管监控系统将将试管被取用的相关信息通过短信通知的形式即时发送给管理员。
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